На одном из объектов я столкнулся с необходимостью организовать беспроводной канал связи для получения данных от электросчётчиков «Меркурий», смонтированных в трансформаторной подстанции. Распространённым и, наверное, самым популярным решением подобных задач является использование GSM/3G/4G-модемов. Но в этот раз я решил пойти другим путём и реализовать обмен данными с помощью преобразователя RS232/485 в LoRa.
Начало истории
Трансформаторная подстанция (ТП), от которой запитаны здания бизнес-центра (БЦ), представляет собой отдельно стоящую бетонную коробку. Расстояние от основного здания БЦ до ТП составляет примерно 50 метров. Линии связи между зданиями отсутствуют. В ТП смонтировано два прибора учёта электроэнергии Меркурий 230. Для возможности получения информации от электросчётчиков интерфейсы последних объединены в сеть RS485 и выведены на проходные клеммы в щите учёта.
В основном здании БЦ расположена электрощитовая (ВРУ), в которой также размещён прибор учёта Меркурий 230. Аналогично ТП, интерфейс RS485 этого счётчика выведен на проходные клеммы.
Разумеется, в таких обстоятельствах дистанционная работа со счётчиками невозможна. Поэтому в первых числах каждого месяца, в жару и в непогоду, в любое время года, инженер берет в руки отвёртку, ноутбук, преобразователь USB-RS485 и топает сначала в ТП, а затем и во ВРУ, где подключается к счётчикам и выгружает профили мощности для их дальнейшей обработки.
Для вышеупомянутого инженера проблема очевидна, остальным поясню: требуется организовать дистанционное подключение к приборам учёта. Вариант прокладки кабельных линий связи был отброшен сразу — дешевле подарить инженеру рюкзак, плащ-палатку и палки для скандинавской ходьбы. После недолгих размышлений я решил предпринять попытку пробросить RS485 через LoRa. С этой целью были приобретены последовательные серверы USR-LG206-H-P от USR IOT.
Что за зверь?
Несложно догадаться, что USR-LG206-H-P — есть не что иное, как преобразователь интерфейса RS232/RS485 в LoRa. Простыми словами, преобразователь позволяет работать через радиоканал с устройствами, имеющими на борту последовательный порт. Как раз такими устройствами и являются наши счётчики.
Подробнее о USR-LG206-H-P
На странице устройства имеется ссылка для скачивания руководства пользователя. Основные моменты из этого документа я перечислю ниже.
▍ Режимы работы
USR-LG206-H-P поддерживает три режима работы:
- Режим передачи точка-точка (fixed-point transmitting mode)
- Прозрачный режим передачи (transparent transmission mode)
- Командный режим (AT command mode)
▍ Режим передачи точка-точка
В этом режиме USR-LG206-H-P изменяет адрес назначения и канал. К передаваемым данным требуется добавлять три байта: первые два байта являются адресом получателя, а третий байт — каналом. Для решения моей задачи этот режим работы не подходит. Необходимость модификации передаваемых данных не позволит использовать ПО, предоставляемое производителем приборов учёта.
▍ Прозрачный режим передачи
При использовании этого режима модификации передаваемых данных не требуется. Для реализации прозрачной передачи оба устройства USR LG206-P должны иметь одинаковый LoRa speed class, Channel и Destination address.
Кроме этого, в прозрачном режиме доступно использование широковещательного адреса. Если USR LG206-P с Destination address равным 65535 начнёт передавать данные, то их получат все LG206-P с таким же LoRa speed class и Channel.
Далее я буду использовать именно возможность отправки широковещательных запросов. Конечно, как и в случае проводного соединения все подключенные счётчики должны быть настроены и иметь корректные сетевые адреса.
▍ Командный режим
В командном режиме пользователь может выполнять AT-команды — запрашивать и задавать значения параметрам USR-LG206-H-P. Подключение осуществляется через последовательный порт.
▍ Безопасность
Поддерживается шифрование. Ключ шифрования должен быть одинаковым на всех преобразователях. Установка ключа осуществляется в командном режиме. Функция чтения ключа шифрования не предусмотрена. При утере придётся заново задавать его на каждом USR-LG206-H-P.
Карта сети
Итак, для реализации задуманного мне потребовалось три преобразователя USR-LG206-H-P. По одному преобразователю было смонтировано в помещениях ТП и ВРУ. К каждому я подключил приборы учёта Меркурий 230. Преобразователям назначены Destination address равные 888 и 999 соответственно.
Ещё один USR-LG206-H-P был установлен на рабочем месте инженера и с помощью адаптера «USB-RS485» подключен к ПК. Данному USR-LG206-H-P назначен широковещательный Destination address — 65535. Таким образом, с рабочего места обеспечивается беспроводной доступ ко всем приборам учёта.
Значения LoRa speed class и Channel одинаковы на всех устройствах.
При необходимости иметь доступ к счётчикам через Ethernet, преобразователь USR-LG206-H-P с адресом 65535 потребуется подключить к преобразователю Serial-to-Ethernet, например, MOXA NPort серии 5100 или USR-N510-H7-4.
Конфигурирование USR LG206-P
Для конфигурации устройств мне потребовалась утилита USR-LoRa-P.exe и преобразователь интерфейсов USB-RS485. Утилита доступна для скачивания на странице производителя. Настройка не вызывает особых сложностей. Для начала необходимо открыть порт и перевести прибор в командный режим. Отправляемые AT-команды и результат их работы отображается в консоли (LOG).
Затем я настроил устройства на прозрачный режим работы, установил корректные параметры для последовательного порта. Настройки порта должны совпадать с настройками интерфейса подключаемых приборов учёта. После этого назначил приборам Destination address. Как всегда — значения Speed class и Channel на всех устройствах одинаковые.
Используемая полоса радиочастот
При настройке рабочей частоты руководствуемся следующим: Working frequency band=(803+_Channel_) MHz. По умолчанию _Channel_= 65, что соответствует 868 МГц.
Установка ключа шифрования
Ключом шифрования может являться байтовая строка состоящая из 16 байт. Для установки ключа используется команда AT+KEY.
Заключение
Затратив минимум усилий и средств у меня получилось развернуть LPWAN сеть на базе уже существующего на предприятии оборудования. Сейчас сеть используется для удалённого доступа к приборам учёта из стандартного ПО от производителя счётчиков электроэнергии. Тем не менее, при необходимости такое ПО может быть заменено на любое другое решение, наиболее подходящее к конкретной задаче.
Комментарии (33)
dlinyj
07.02.2022 13:11Тема интересна ещё для бытового использования. Меня каждый раз, чтобы переписать показания счётчиков, напрягает выходить в подъезд. И было бы круто выводить это на экран компа. А ещё круче, если бы они автоматом отправлялись ежемесячно.
artirm Автор
07.02.2022 14:03Со счетчиками Меркурий все это довольно просто реализовать - инструменарий имеется.
Gnuava
07.02.2022 15:11+1Нет уверенности, что описанное решение с LPWAN сетью - для бытового пользования. Для предприятий - еще туда-сюда, особенно, несетевых. Для сетевых, имхо, выгоднее уже привлекать варианты с использованием IP-сетей.
Это, получается, в радио заворачивают исключительно сам RS-485 без накопления/пакетной отправки данных. Чуть связь заглючит - связь со счетчиком прекратится. Тому же Меркурию, чтобы прочитаться через GPRS, надо дать минут 5 на всё, а т.к. тут еще и интерфейс низкоскоростной, все 15-30 пройдет - это быстро превратится в мазохизм.
Не учтен момент с помехами, а они на радио обязательно будут.
Имхо, выгоднее для долгосрочной эксплуатации был бы момент, связанный с накоплением сведений от счетчика, с последующей пересылкой сведений по IP-сетям - хоть по мобильной связи, хоть по wi-fi, хоть через кабель.
Рядовой потребитель электроэнергии заморачиваться, имхо, не должен: вроде как, за счет энергосетевых организаций собрались счетчики менять. А там, глядишь, и до массового монтажа АСКУЭ дойдут.
artirm Автор
07.02.2022 16:38Имхо, выгоднее для долгосрочной эксплуатации был бы момент, связанный с накоплением сведений от счетчика, с последующей пересылкой сведений по IP-сетям - хоть по мобильной связи, хоть по wi-fi, хоть через кабель.
Не совсем понял предложение использования УСПД (накопление сведений от счетчиков, с последующей пересылкой) в описанном мною сценарии. С учетом отсутствия кабельных линий, подключение счетчиков к самому УСПД вызывает вопросы. А если бы такие линии имелись, то это была бы совсем другая ситуация
Gnuava
07.02.2022 21:30С учетом отсутствия кабельных линий, подключение счетчиков к самому УСПД вызывает вопросыПочему? УСПД подключается кабелем к ПУ в месте его установки, копит в себе сведения, пересылает их через ту же мобильную связь по расписанию, или по запросу - решение вполне себе рабочее.
Стабильная среда в передаче данных по RS-485 имеется? Да, это кабель от ПУ до УСПД.
Стабильная среда в передаче данных по IP части? По TCP такие данные доставить проще и быстрее.
artirm Автор
07.02.2022 22:53Почему? УСПД подключается кабелем к ПУ в месте его установки, копит в себе сведения, пересылает их через ту же мобильную связь по расписанию, или по запросу - решение вполне себе рабочее.
Ну т.е. схема получается такая:
Во ВРУ установлен один прибор учета -> монтируем во ВРУ УСПД №1 и GSM-модем №1,
В ТП установлено два прибора учета -> монтируем во ВРУ УСПД №2 и GSM-модем №2,
Где-то устанавливаем GSM-модем №3 и настраиваем некое ПО, которое будет получать данные по расписанию.
По-моему очевидно, что такое решение гораздо сложнее и несоизмеримо дороже. Кроме того появляется необходимость в регистрации трех SIM-карт. Да даже если отказаться от УСПД в количестве трех штук, без которых тут вполне можно обойтись, то решение все-равно останется дорогим и трудозатратным.
Стабильная среда в передаче данных по IP части? По TCP такие данные доставить проще и быстрее.
Да, по TCP быстрее. Были мысли использовать 2 преобразователя Serial-to-Ethernet и 2 WiFi-точки в режиме клиента для подключения к существующей сети. Это позволило бы поднять на клиентской машине два виртуальных COM-порта и работать со счетчиками. Но опять же, такое решение значительно дороже и сложнее в реализации. Да и в ТП проблемы с WiFi, которые конечно можно решить, но пока незачем.
Gnuava
07.02.2022 23:09В ТП установлено два прибора учета -> монтируем во ВРУ УСПД №2 и GSM-модем №2,Можно найти УСПД с более, чем одним портом и модемом, такие устройства существуют. Плюс, RS-485, все-таки, интерфейс с адресацией, поэтому на один порт можно насадить несколько устройств, и опрашивать их, к примеру, по очереди. Если прошивка это позволяет.
Где-то устанавливаем GSM-модем №3 и настраиваем некое ПО, которое будет получать данные по расписанию.Или GSM-модем № 3 уже не требуется, т.к. симка смотрит в интернет.
artirm Автор
07.02.2022 23:16Можно найти УСПД с более, чем одним портом и модемом, такие устройства существуют. Плюс, RS-485, все-таки, интерфейс с адресацией, поэтому на один порт можно насадить несколько устройств, и опрашивать их, к примеру, по очереди. Если прошивка это позволяет.
Нет проблемы подключить к одному УСПД несколько счетчиков одновременно. Есть проблема подключить к одному УСПД счетчики расположенные во ВРУ и в ТП - нет кабельных линий.
radiolok
07.02.2022 17:29+2Было бы круто, но у того же Меркурия RS485 пломбируется под общей крышкой, а значит просто так подключиться к стоящему в этажном щите счетчику банально нельзя.
woooody
09.02.2022 12:56Есть такое.
Решили считыванием через IRDA, благо на том счетчике он был. Но пришлось поставить ноутбук в ТП, и уже потом связываться с ним по wifi.
Сейчас может быть у меркурия получше с софтом, а тогда (более 10 лет назад) было толко под винду да и далеко не все IRDA адаптеры подходили.
NikaLapka
07.02.2022 14:27Интересненько. Красиво. Удобно. Дорого. И наверное ещё без лицензий, за исключением EAC.
industry4
07.02.2022 17:12Какие настройки радиоканала использовали- частота, мощность, показатель LBT. Сдается мне что описывемое решение не вполне законно.
Saurex
07.02.2022 19:26А как беспроводная сеть переносит атаки типа "повторная отправка сообщения"? Можно достаточно просто записать сообщения, несмотря на то что оно шифровано, и повторять в радиоэфире. Без защиты от повторов это принесет большую боль для владельца такой системы мониторинга.
Hlad
08.02.2022 08:32А можно собрать на коленке глушилку, и положить всю радиосвязь в округе, включая сотовую. Подозреваю, что в пакете есть метки времени, так что зафлудить сервер не получится, повторные данные будут просто отброшены
Z2K
08.02.2022 03:15Счетчик старый, надежный и фукциональный, но клеммники гамнянские. За столько лет так и не исправили косяк.
Hlad
08.02.2022 08:30+1Небольшой уточняющий вопрос: заворачивается просто в LoRa, или именно в LoRaWAN? Потому что это ОЧЕНЬ разные вещи, кардинально различающиеся по сложности и трудоёмкости.
alexander_chuykin
08.02.2022 08:52Занятно, наверное, побаловаться. Но задача решена уже очень давно и несколько десятков раз.
Уже все производители счётчиков имеют модели с LoRaWAN на борту, существует более 15 разновидностей шлюзов RS485 - LoRaWAN и в большинстве из них встроенная поддержка работы с приборами учёта.
artirm Автор
08.02.2022 09:54+2Занятно, наверное, побаловаться. Но задача решена уже очень давно и несколько десятков раз.
Интересно было бы посмотреть хотя бы на одно решение из этого десятка. Как было справедливо замечено ранее в комментариях, то существуют вопросы на которые пока нет ответа. Например, скорость передачи, настройка рабочего цикла. Да и впринципе имеются сложности.
Уже все производители счётчиков имеют модели с LoRaWAN на борту, существует более 15 разновидностей шлюзов RS485 - LoRaWAN и в большинстве из них встроенная поддержка работы с приборами учёта.
Хотелось бы примеров использования шлюзов RS485 - LoRaWAN.
woooody
09.02.2022 13:01Не забывайте, что как правило уже стоит ТП, счетчики под пломбой. И просто договориться их поменять на другие может стоить очень и очень много.
kimisa
08.02.2022 15:35Это всё супер. Только вот не везде работает. Поставили нам новый счетчик в подъезде, обрадовали, что показатели не нужно теперь будет передавать. Только вот они не учли одну вещь - в том месте не ловит связь. Итог - передаем показатели каждый месяц.
yushkin
08.02.2022 21:41В СНТ думаю развернуть БС Вега и ставить сплиты Меркурия с LoraWAN. У Веги удивительно удобная линейка оконечных модемов, включая измерители 4-20мА.
woooody
09.02.2022 13:05В СНТ разворачивали на меркурих с PLC модемами. На подстанции 3 шлюза и ноутбук с виндой для чтения данных. Всё это было сделано более 10 лет назад и прекрасно работает.
Можно шлюзы поставить прямо кому-то в дом посередине линии.
Счетчики были примерно +1000р тогда, шлюзы по 5000р.
yushkin
09.02.2022 13:23PLC - так себе решение (для настоящего времени). LoraWAN гораздо перспективней.
yushkin
09.02.2022 13:27Автору - мое почтение за описание работы без БС, закинул конвертеры в корзину.
woooody
09.02.2022 14:50Считайте стоимость готового решения напрмиер на 40 домов в СНТ.
Мне сейчас сложно составить вменяемую таблицу с ценами на все виды счетчиков, но меньше чем за 15к я ни одного счетчика с Lora не нашел. В то время как счетчики с PLC стоят существенно дешевле. И не забывайте про металлические ящики.
Напоминает историю, в том самом СНТ, где на вход обязали поставить счетчик с GSM, который стоил на 20к дороже, чем такой же без GSM (например с PLC). И ирония в том, что никто ни разу не смог этим GSM воспользоваться. Все приезжали и программировали через IrDA.
Я не то чтобы настаиваю на единственном верном решении, но советую присмотреться к разным вариантам.
yushkin
09.02.2022 15:01Все уже подсчитано - стоимость сплит-счетчика Меркурий208 равна стоимости обычного счетчика с rs485 с всей фурнитурой (ящики, кабели и пр.).
Основная цель модернизации, все-таки - снизить потери и наладить нормальный учёт/управление. Когда все провода наверху столба и подключения идут через сплит-счётчик - нет технической возможности подключиться мимо.
Javian
офф Вопрос тем кто посетит эту тему. Видел новый бытовой электросчетчик с встроенными радиомодулями. Практически это используется? Т.к. счетчик стоит внутри металлического ящика и это может быть серьезным препятсвием для радиоволн. Счетчик Меркурий AD13A.2-FLRs-Z-R-TX
EVA_Systems
Тут вопрос, к тому, кто проектировал счетчики со встроенной антенной в металлический ящик. Для металлических ящиков есть счетчики с SMA разъемом и выносной антенной.
На 100% сингнал не уйдет, но мешать металлический ящик будет существенно.
Gnuava
Не Меркурий, а Матрица - у Меркурия таких длинных и упоротых наименований нет.
Javian
Да, действительно Матрица. Однофамильцев попутал :)
sterhov
У меня на объектах стоят подобные модели, переодически связь отваливается, на новые объекты стараюсь ставить с выносной антенной.